DE1494530C3 - Überzugs- und Abdichtmasse - Google Patents
Überzugs- und AbdichtmasseInfo
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- C08L81/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of polysulfones; Compositions of derivatives of such polymers
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Description
Die Erfindung betrifft an der Luft härtbare Überzugs- und Abdichtmassen, die eine Mischung von fiüssigem
Polythiopolymercaptan und einem wasser- und sauerstoffaktivierbaren Härtungskatalysator enthalten.
Von derartigen, flüssigen Polythiopolymercaptane enthaltenden Massen ist bekannt, daß sie unter Wasser-
und Luftabschluß unbegrenzt lagerfähig sind, daß sie aber bei Aufbringung auf der zu behandelnden Oberfläche
unter Bildung eines Elastomers mit guter Beständigkeit gegen Säuren, Alkalien, Kohlenwasserstoffe
und Luftoxidation aushärten. Außerdem besitzen die ausgehärteten Elastomere gute Haftung auf Metallen,
Glas, Zement und Kunststoffen, so daß derartige Polythiopolymercaptanmassen für vielerlei Überzugs-
und Dichtungszwecke verwendet werden können, wie zum Verkitten von Glasscheiben in Metallfensterrahmen,
als Belag von Autostraßenbrücken, zur Reparatur von Rissen in Betonkonstruktionen oder zur Dichtung
von Schiffskörpern.
Flüssige Polythiopolymercaptane, wie sie in derartigen Überzugs- und Abdichtmassen verwendet werden,
lassen sich nach verschiedenen Methoden gewinnen, wie beispielsweise gemäß der USA.-Patentschrift
2 466 963 oder gemäß »Industrial and Engineering Chemistry«, Bd. 42, S. 2217 (1950), und Bd. 43, S. 324
(1951). In der USA.-Patentschrift 2 940 958 sind als Einkomponentensystem lagerfähige Polythiopolymercaptanmassen
beschrieben, die ein mit Wasser aktivierbares Härtungsmittel und ein hydratisiertes Salz enthalten.
Zur Härtung dieser Massen müssen sie erwärmt werden, um das Hydratationswasser aus den Salzen
freizusetzen, was bei vielen Verwendungsgebieten nicht durchführbar ist, wenn nämlich die Teile, auf denen die
Masse aufgebracht wird, nicht erhitzt werden können. Auch besteht bei derartigen Massen die Gefahr einer
vorzeitigen Selbsthärtung, wenn sie bei zu hohen Temperaturen gelagert werden. Aus der französischen Patentschrift
1 131 550 sind Polythiopolymercaptanmassen bekannt, die als Härtungskatalysator Bleiperoxid
in Verbindung mit einem aktiven Derivat von Furan und einer organischen Säure enthalten. Die aus der
USA.-Patentschrift 2 933 470 bekannten Massen enthalten als Härtungsmittel organische Peroxide, wie
Tertiärbutylhydroperoxid oder Cumolhydroperoxid, in Verbindung mit Härtungsbeschleunigern, die stark
basische organische Amine sein sollen. Schließlich sind aus der USA.-Patentschrift 2 877 197 auch Polythiopolymercaptanmassen
bekannt, die als Härtungskatalysatoren bereits Komplexe eines öllöslichen aminogruppenhaltigen
Chelatisierungsmittels und einer Metallseife enthalten, wobei als Chelatisierungsmittel in
dem Härtungskatalysator beispielsweise Diphenylguanidin und Ν,Ν'-Disalicylaläthylendiamin genannt
sind. Alle die letztgenannten Überzugs- und Abdichtmassen besitzen kurze Topfzeiten, wenn sie nicht im
Gemisch mit organischen Lösungsmitteln verwendet werden, so daß sie auf vielen industriellen Anwendungsgebieten
nicht eingesetzt werden können. Wenn sie aber bei der Verlängerung der Topfzeit organische
Lösungsmittel enthalten, verdampfen diese bei der Aushärtung und führen somit zu Geruchsbelästigungen,
Gesundheitsschädigungen und Feuergefahr.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, als Einkomponentensysteme lagerfähige,
an der Luft härtbare Überzugs- und Abdichtmassen zu bekommen, die auch ohne Zusatz von organischen
Lösungsmitteln längere Topfzeiten besitzen, um auf vielen industriellen Anwendungsgebieten eingesetzt
werden zu können, auf denen die bisher bekannten Überzugs- und Abdichtmassen nicht brauchbar
sind.
Die erfindungsgemäßen an der Luft härtbaren Überzugs- und Abdichtmassen, die eine Mischung von flüssigem
Polythiopolymercaptan mit einem Molekulargewicht von 500 bis 25 000 und einem wasser- und
sauerstoffaktivierbaren Härtungskatalysator enthalten, welcher aus einem Komplex eines öllöslichen
aminogruppenhaltigen Chelatisierungsmittels und einer Metallseife besteht, sind dadurch gekennzeichnet, daß
sie als Chelatisierungsmittel im Härtungskatalysator 1,10-Phenanthrolin enthalten. Vorzugsweise enthalten
sie die Metallseife im Härtungskatalysator in solcher Menge, daß die Metallmenge 0,1 bis 0,6 Gewichtsprozent
des Polymers beträgt, wobei das Gewichtsverhältnis von 1,10-Phenanthrolin zu Metall in der Metallseife
zweckmäßig bei 1: 1 bis 10: 1 liegt.
Die für die erfindungsgemäßen Überzugs-und Abdichtmassen
brauchbaren flüssigen Polythiopolymercaptane können beispielsweise so hergestellt werden,
daß man polyfunktionelle organische Verbindungen mit Alkali- oder Erdalkalipolysulfidlösungen umsetzt,
so daß hochmolekulare Polymere mit RSS-Einheiten,
: entstehen, worin R gewöhnlich ein zweibindiger organischer
Rest ist, worauf diese hochmolekularen PoIymere anschließend gespalten werden, um flüssige PoIythiopolymercaptane
mit Molekulargewichten in der Größenordnung von 500 bis 25 000 zu bekommen. Auch können bei der Herstellung Gemische von dif unktionellen
und trifunktionellen organischen Verbindungen eingesetzt werden, in denen die trifunktionellen
Verbindungen in relativ kleiner Menge vorliegen, um eine schwach vernetzte Struktur zu erhalten. Die Reste
R bestehen gewöhnlich aus relativ kurzkettigen Alkylen- und/oder Oxakohlenwasserstoffresten, die durch
Disulfidgruppen miteinander verbunden sind.
Andere im Handel erhältliche flüssige Polythiopolymercaptane werden aus Bis-(/?-chloräthyl)-formaldehyd
hergestellt, dem ein kleiner Anteil Trichlorpropan zugesetzt wurde, um einen Vernetzungsgrad von beispielsweise
0,5 bis 2,0% zu ergeben. Diese Polythiopolymercaptane besitzen gewöhnliche Molekulargewichte
im Bereich von 1000 bis 5000.
Die beiden Bestandteile des Härtungskatalysators werden zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel
miteinander vereinigt. Als Metallseife können beispielsweise Naphthenate, Octoate und TaI-late
von Kobalt, Mangan, Eisen und Blei verwendet werden. Sie enthalten gewöhnlich 5 bis 25 Gewichtsprozent
Metall. Bezogen auf das Polymer werden gewöhnlich etwa 0,2 bis 4 Gewichtsprozent Metallseife
verwendet.
Das Chelatisierungsmittel 1,10-Phenanthrolin kann
auch in einer handelsüblichen Mischung aus 38 Gewichtsprozent 1,10-Phenanthrolin, 52 Gewichtsprozent
n-Butylalkohol und 10 Gewichtsprozent 2-Äthylhexansäure
verwendet werden. Das Chelatisierungsmittel wird zweckmäßig in solcher Menge eingesetzt,
daß das Gewichtsverhältnis von Chelatisierungsmittel zu Metall in der Metallseife 2:1 bis 10:1 beträgt,
so daß die Menge des Chelatisierungsmittels, bezogen auf das Polymergewicht, 0,2 bis 6 % beträgt. Im allgemeinen
führt ein Anstieg des Verhältnisses von Chelatisierungsmittel zu Metallseife zu einer längeren Haltbarkeit,
rascheren Härtung und zu besseren physikalischen Eigenschaften der Produkte. Der bevorzugte
Härtungskatalysator enthält Kobaltnaphthenat als Metallseife und 1,10-Phenanthrolin als Chelatisierungsmittel.
Außer dem Polythiopolymercaptan und dem Härtungskatalysator können den erfindungsgemäßen Überzugs-
und Abdichtmassen auch noch übliche Zusatzstoffe zugesetzt werden, wie Füllstoffe, Verstärkungsmittel,
Pigmente und Klebrigmacher. Auch können die Massen einen geringen Anteil Phenolharz enthalten,
um die Haftfähigkeit auf Substratoberflächen zu verbessern. Durch eine kleine Menge Stearinsäure wird
außerdem die Klebrigkeit bei der Härtung herabgesetzt.
Das Vermengen der verschiedenen Bestandteile der erfindungsgemäßen Massen erfolgt in einer sauerstofffreien
Atmosphäre,. und auch anschließend sind die Massen bis zur Verwendung in einer solchen Atmosphäre
zu halten. Beispielsweise wird das Polymer in einen Vakuummischer gegeben, worauf die übrigen
Bestandteile mit Ausnahme des Härtungskatalysators zugesetzt werden. Nach etwa 15minütigem Mischen
wird der Mischer unter Vakuum von 380 bis 500 mm gesetzt, worauf dann der Härtungskatalysator zugegeben
und unter Vakuum etwa 2 Stunden weiter gemischt wird. Wenn der Härtungskatalysator gemäß
bevorzugter Arbeitsweise in einem inerten organischen Lösungsmittel der Masse zugesetzt wird, verdampft
dieses während des 2stündigen, Mischens unter Vakuum. Anschließend wird ein Inertgas, wie Stickstoffin
den Mischer eingeführt, worauf nochmals eine halbe Stunde vermengt wird. Sodann kann die Masse
beispielsweise in Metalltuben oder starren Behältern abgepackt werden, wobei man dafür sorgen muß, daß
der Behälter keine Feuchtigkeit und keinen Sauerstoff enthält. Unter diesen Bedingungen sind die erfindungsgemäßen
Massen lange Zeit ohne merkliche Härtung lagerfähig, wie beispielsweise bei Temperaturen von
—40 bis'70°C. So wurden Metalltuben bei 24 ± 11°, C mehr als I1Zg Jahre und bei etwa 500C mehr als 1 Jahr
gelagert, ohne daß eine erkennbare Härtung der Masse eintrat. ;
Bei der Verwendung hängt die Härtungszeit von der Auswahl der Metallseife, der Mengenverhältnisse der
Bestandteile des Härtungskatalysators, der Menge des Härtungskatalysators und der Umgebungsbedingungen
ab. Relativ hohe Mengenanteile von Metallseife zu Polymer, die Verwendung von Wasser statt Luft als
Aktivierungsmittel, erhöhte Umgebungstemperatur bis etwa 105° C und große Oberfläche der auszuhärtenden
Masse beschleunigten die Härtung, doch kann man die Härtungszeit durch entsprechende Auswahl
der Bedingungen je nach Bedarf so einstellen, daß man ausreichende Topfzeiten bekommt, ohne daß die
Masse ein organisches Lösungsmittel enthält.
ίο Zu Vergleichszwecken wurde eine erfindungsgemäße
Überzugs- und Abdichtmasse mit zwei entsprechenden Massen verglichen, welche letztere Härtungskatalysatoren
ebenfalls aus einem öllöslichen aminogruppenhaltigen Chelatisierungsmittel und einer Metallseife
enthielten, wobei jedoch gemäß der USA.-Patentschrift 2 877 197 das Chelatisierungsmittel aus Diphenylguanidin
und Ν,Ν-Disalicylaläthylendiamin bestand.
Proben von jeweils 50 g einer jeden Zusammensetzung wurden in Gefäße mit einem Durchmesser von
5 cm gegeben, worin die Härtungseigenschaften beobachtet wurden. Die Zusammensetzung der drei Massen
war folgende:
Zusammensetzung
Polysulfidpolymer ...
Calciumcarbonat
Titandioxid
Phenolharz
Stearinsäure
Kobaltnaphthenat (6 %)
1,10-Phenanthrolin ...
Diphenylguanidin ....
N,N-Disalicylaläthylendiamin ....
1,10-Phenanthrolin ...
Diphenylguanidin ....
N,N-Disalicylaläthylendiamin ....
A | B |
100 | 100 |
30 | 30 |
10 | 10 |
4 | 4 |
1 | 1 |
10 | 10 |
1,14 | |
1,75 |
100
30
10
10
1,25
Die erfindungsgemäße Masse A war nach einer halben Stunde klebfrei und härtete vollständig innerhalb
von 3 bis 4 Tagen. Die Massen B und C nach dem Stand der Technik dagegen begannen bereits unmittelbar
beim Vermischen der Bestandteile auszuhärten, und die Härtung verlief so schnell, daß die Massen innerhalb
von weniger als 15 Minuten einschließlich der Mischzeit so weit ausgehärtet waren, daß sie nicht mehr
aufgetragen werden konnten.
Die erfindungsgemäßen Massen können beispielsweise zum Abdichten, Versiegeln, Einbetten, Überziehen,
zum Tränken poröser Materialien od. dergl. verwendet werden. Sie liefern Elastomere, die an saubren
Oberflächen, aus Holz, Glas, Metall, Baustoffen, Kunststoffen,
Leder, Geweben und anderen porösen Substanzen fest haften! Sie besitzen nach dem Aushärten
■ - die: üblichen physikalischen und chemischen Eigenschäften
gehärteter Polythiopolymercaptanei wie EIastizität,
Zerreißfestigkeit, geringe Gasdurchlässigkeit
und Beständigkeit gegen Sonnenlicht, Luftoxidation,
Säuren, Lösungsmittel und Öle. .. ..;: r.-,-i:i
: In den folgenden Beispielen wurden die flüssigen
:Polythiopolymercaptane A und B verwendet, die aus
6o. sich wiederholenden Einheiten.der Formel ■-■■■ ■ ; ■'.
1 (SC2H4 — O — CH2 — OC2H4S) ' , ' "
mit etwa 0,5% .Vernetzung und mit Mercaptoendgruppen
bestanden. Das Polymer A besaß ein mittleres Molekulargewicht von etwa 4000 und eine Viskosität
bei 25°Cvon 350 bis 400 cP, das Polymer B ein mittle- : res Molekulargewicht von etwa 1000 bis 1200. Soweit
.:■: nichts anderes angegeben ist, .wurden die physikali-
sehen Eigenschaften von extrudierten Proben ermittelt,
die während 10 Tagen bei 710C gehärtet worden waren.
Verschiedene härtbare Massen wurden unter Verwendung
von flüssigem Polythiopolymercaptan A, von 1,10-Phenanthrolin als Chelatisierungsmittel und von
verschiedenen Metallseifen hergestellt. Die Komponenten wurden von Hand einige Minuten lang bei
Raumtemperatur durchgemischt. Das Chelatisierungsmittel wurde in Lösung zugesetzt, die verwendete
Menge an 1,10-Phenanthrolin betrug 1,14 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile Polymer. Auch die Metallseifen
wurden in Lösung zugegeben, und zwar in solchen Mengen, daß 0,3 Teile Metall auf 100 Teile Polymer
kamen. Demnach betrug das Verhältnis von Chelatisierungsmittel zu Metall in der Seife etwa 4:1.
Gleiche Teile von jedem dieser Ansätze wurden in verschlossenen Behältern bei Raumtemperatur etwa
3 Monate aufbewahrt. Während dieser Zeit wurden keine Anzeichen einer Eindickung beobachtet, was
zeigte, daß die Ansätze lagerbeständig waren.
Sie wurden dadurch gehärtet, daß man Proben von ihnen in flachen Behältern der Luft aussetzte. Hierzu
wurden 50-g-Proben derart verteilt, daß eine Oberfläche von 5 cm Durchmesser der Luft ausgesetzt wurde. Über
einem flüssigen Kern entstand dabei eine klebfreie Haut, und später erhärtete die ganze Masse zu einem
weichen, plastischen Elastomeren. Die Härtungszeiten und die Anfangsfarbe dieser Ansätze sind in Tabelle I
aufgeführt.
Die Werte zeigen, daß man einen ziemlich großen Bereich an Härtungszeiten bekommen kann, je nachdem,
welche Metallseife man verwendet. Gewöhnlich härten die Kobaltseifen schneller, und unter ihnen bewirken
die Naphthenate die schnellste Härtung. Weiter wurde gefunden, daß die Tallate des Mangans,
Eisens und Bleies und Äthylhexoate des Eisens und Bleies bei Verwendung in den hier beschriebenen Ansätzen
ähnliche Härtungseigenschaften besitzen, wie die in Tabelle I aufgeführten Metallseifen.
Die Ausgangsfarben der Massen hellen sich während des Härtungsvorganges auf, so daß dieser Farbwechsel
als Kontrolle für den Härtungsgrad verwendet werden kann.
Metallseife | Tabelle I | Hautbildung | Härtungsdauer | 3 | Ausgangs | |
; | Voll | 2 bis 3 | färbung | |||
(Std.) | ständige Er |
|||||
5 | Kobalt | härtung | 2 bis 3 | |||
naphthenat | 16 bis 20 | (Monate) | Dunkelbraun | |||
Mangan- | 4 bis 5 | |||||
naphthenat | 36 bis 48 | 1 | Gelbbraun | |||
to | Eisen- | |||||
naphthenat | 36 bis 48 | 2 bis 3 | Dunkelrot | |||
Blei- | ||||||
naphthenat | 48 bis 72 | 3 | Schwarz | |||
Kobalttallat .. | 20 bis 24 | Dunkelbraun | ||||
»5 | Kobaltäthyl- | |||||
hexoat .... | 24 bis 36 | Dunkelbraun | ||||
Manganäthyl- | ||||||
hexoat .... | 36 bis 48 | Bernstein | ||||
farben | ||||||
20 | ||||||
Eine Reihe von Massen wurde nach den in Tabelle II aufgeführten Rezepturen hergestellt. Das Calciumcarbonat
ist ein Füllstoff, das Phenolharz dient der Verbesserung der Adhäsionseigenschaften der Masse, und
die Stearinsäure wurde beigegeben, um die Klebrigkeit freier Oberflächen in der Härtungszone herabzusetzen.
Das Kobalt wurde in der Form des Kobaltnaphthenates in einer 6% Metall enthaltenden Lösung zugesetzt.
Die Härtung wurde an der Luft bei Raumtemperatur durchgeführt. Da alle Proben, einschließlich der
Kontrollprobe, ein geringeres Verhältnis von Oberfläche zu Masse hatten als die Proben von Beispiel 1,
liegen die Härtungszeiten der Tabelle II etwas unter denen der Tabelle 1.
Die nachstehenden Angaben zeigen, daß eine Steigerung des Metallgehaltes die Härtungsdauer
verlängert.
Bestandteile | Kontrollprobe | A | Proben na B |
:h der Erfindung C |
D |
Polymer A | 100 30 10- |
100 30 10 |
100 30 10 |
100 30 10 |
100 30 10 |
Calciumcarbonat | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
Titandioxid | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Phenolharz | 10 0,25 |
0,3 1,25 |
0,1 0,38 |
0,6 1,14 |
0,3 . 2,28 |
Stearinsäure ·.·. | 72 Std. | 4:1 20 Std. |
4:1 48 Std. |
2:1 | |
Kobalt | 7 Tage | 1 Monat | 16 bis 20 Std. | 8:1 16 bis 20 Std. |
|
1,10-Phenanthrolin ...... Natriumchromat (wasserfrei) |
|||||
Eisenchlorid | |||||
Verhältnis Chelatisie rungsmittel zu Metall .. Zeit bis zur Hautbildung |
|||||
Vollständige Härtungszeit |
Bestandteile
Kontrollprobe Proben nach der Erfindung
IBIC
IBIC
Polymer A
Calciumcarbonat
Titandioxid
Phenolharz
Stearinsäure
Phenolisches Mikroballons
Kobalt (in Form von
Naphthenatlösung)
Kobalt (in Form
von Octoatlösung)
Mangan (in Form von
Naphthenatlösung)
1,10-Phenanthrolin
Natriumchromat (wasserfrei) ....
Eisenchlorid
Physikalische Eigenschaften
Dehnfestigkeit kg/m2
% Dehnung beim Bruch
Shore-Härte A
100
30
10
10 0,25
155 650 30
Eine Reihe von Massen wurde mit den Rezepturen gemäß Tabelle III hergestellt. Im Fall der Probe C
wurden phenolische Mikroballons hinzugenommen, um Dehnbarkeit und Härte zugleich zu erhöhen.
Eine härtbare Masse wurde wie Probe A von Beispiel 3 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß
das Polymer A durch das Polymer B ersetzt wurde. Die dabei erhaltene Verbindung war sehr stabil und
erhärtete zufriedenstellend, wenn man sie bei etwa 210C der Luft aussetzte. Nach etwa 4 Wochen bildete
100
30
10
0,3
1,25
270 000
580
36
580
36
100
0,2
0,3
0,75
0,75
260 000
505
36
505
36
100
30
30
8,72
8,75
0,3
1,25
172 000
675
40
675
40
sich eine klebfreie Haut, und in etwa 4 Monaten war das Material zu einem Elastomer erhärtet.
B ei s ρ ie I 5
Eine Masse wurde wie Probe A von Beispiel 3 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Mischung
von 90 Teilen Polymer A und 10 Teilen vom Polymer B an Stelle von 100 Teilen Polymer A verwendet
wurde. Alle übrigen Ausgangsmaterialien waren die gleichen wie in Beispiel 3. Dabei erhielt man
eine braune, hochstabile flüssige Masse, die an der Luft bei etwa 210C erhärtete. Nach etwa 16 bis 20 Stunden
entstand eine hellbraune klebfreie Haut, und etwa 12 Wochen später hatte man ein plastisches, vollständig
erhärtetes Elastomer erhalten.
509 611/12
Claims (2)
1. An der Luft härtbare Überzugs- und Abdichtmasse auf der Basis einer Mischung von flüssigem
. Polythiopolymercaptan mit einem Molekulargewicht von 500 bis 25 000 und einem wasser- und
sauerstoffaktivierbaren Härtungskatalysator, der aus einem Komplex eines öllöslichen aminogruppenhaltigen
Chelatisierungsmittels und einer Metallseife besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Masse als Chelatisierungsmittel im Härtungskatalysator 1,10-Phenanthrolin enthält.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmenge in der Metallseife
0,1 bis 0,6 Gewichtsprozent des Polymers beträgt und das Gewichtsverhältnis von 1,10-Phenanthrolin
zu Metall in der Metallseife bei 1:1 bis 10: 1
liegt.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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